[引用]光合作用与呼吸作用的影响因素分析

光合作用与呼吸作用是历年高考的重点内容，现根据近几年的高考和各类考试情况，对光合作用与呼吸作用试题进行归类分析，供参考。

一、对光合作用与呼吸作用反应场所和过程的考查

光合作用和呼吸作用不同反应阶段的反应场所有所不同又有所联系。命题者往往改变或去掉细胞的某些结构，让考生推断其对反应的影响，或者用同位素标记考查光合作用和呼吸作用的过程。

【例1】下列四只试管中分别含有不同的化学物质和活性酵母菌细胞制备物。经一定时间的保温后，会产生CO2的试管是（ ）

A. 葡萄糖+细胞膜已破裂的细胞

B. 葡萄糖+线粒体

C. 丙酮酸+线粒体

D. 丙酮酸+内质网

二、考查条件的改变对光合作用或者对呼吸作用的影响

光合作用和呼吸作用是在植物有机体的内部和外部的综合条件适当配合下进行的，因此内外条件的改变也就会影响到光合作用和呼吸作用的进程或强度的改变。影响光合作用强度的因素主要有光、CO2、温度和矿质元素，影响呼吸作用的主要因素有温度、氧气和CO2。命题者往往从这些方面考查考生对知识的掌握情况。

【例2】已知下图为光合作用暗反应的有关化合物数量变化曲线如下图所示，要求判断：①a是什么物质，无光照时其迅速上升的原因是什么?②b是什么物质，在二氧化碳浓度降低时其迅速上升的原因是什么?

通过对图形的分析比较得知：a物质在有光照时不变，无光照时上升，二氧化碳浓度降低时其含量下降;b物质则相反，在暗反应中，五碳化合物与二氧化碳反应形成三碳化合物，三碳化合物与光反应产生的[H]和ATP反应生成五碳化合物，二氧化碳少了，三碳化合物减少。而无光照时[H]和ATP减少，则三碳化合物积累多。因此，判断a为三碳化合物，同理可判断b为五碳化合物。解决这一题的关键就是要分析比较两图的条件变化，前图是光，后图是二氧化碳，再结合光合作用的知识进行判断。

【例3】(96上海)下图为在夏季晴朗白天某植物叶片光合作用强度的变化曲线图，请观察后回答：

(1)曲线AB段表明光合作用强度随光照增强          。

(2)对于BC段光合作用强度减弱的解释是：由于中午   过高，   作用过大，叶片的气孔关闭，使光合作用原料之一的           供应量减少，以致        反应阶段植物体内的五碳化合物不能与之结合，使             的形成大为减少。

(3)DE段光合作用强度下降的原因是             ，以致光合作用     反应产生的    减少，因而影响          进行。

(4)如用14C02示踪，在光合作用过程中，14C在下列分子中的转移途径是(    )。

A.14CO2→叶绿素→ADP             B.14CO2→NADP→糖类

C.14C02→三碳化合物→糖类        D. 14C02→叶绿素→ATP

【答案】(1)而增强(2)温度蒸腾 CO2   暗  三碳{也合物  (3)光照逐渐减弱  光    NADPH和ATP(只答一个不给分)  暗    (4)C

三、考查光合作用与呼吸作用的关系

近几年这类试题在高考中频频出现，涉及植物的光合作用和呼吸作用两大生理过程，同时还与化学知识相结合，是综合性较强的热点试题。

【例4】下图所示某种植物在不同温度下的光合和呼吸速率。光合速率通常以每小时每平方米叶面积吸收CO2毫克表示。A表示总光合速率，B表示净光合速率，C表示呼吸速率。

(1)A、B、C三者关系可表示为A=                   。

(2)一般测得的光合速率的实际结果为图中的曲线      。

(3)温度对光合速率的影响很大，原因是

。请再列举两项影响光合速率的因素          。

(4)光合作用和呼吸作用的最适温度是否一致？为什么？

(5)图中植物最有可能是下列的（    ）

A.玉米            B.水稻      C.甘蔗      D.人参

【答案】（1）B+C  （2）B  （3）光合作用过程是由酶的催化的化学反应，温度直接影响酶的活性  CO2浓度、水和光照  （4）不一致，光合作用最适温度在10℃，而呼吸作用最适温度在30℃，这是因为这两个生理活动中不同的酶促反应的最适温度上的差异。  （5）D

四、影响光合作用的因素

光照强度

在有关光合作用的试题中，以影响光合作用的各种因素的分析为重点。尤其是关于光合作用速率的曲线分析以及应用。在分析曲线时，一定要注意以下几个方面：①题目的要求；②横、纵坐标的含义；③曲线的变化趋势；④关键点（最高点、最低点以及与坐标轴的交点）的含义。

1.     单因子影响

（1）光照强度（如图）

关键点的含义：

①A点是与纵坐标的交点。此时只进行呼吸作用。A点对应的应是CO2的吸收量，同时也表明了此时的呼吸强度。

②B点是与横坐标的交点。此时光合作用强度=呼吸作用强度，所以B点又称为光补偿点。

③C点是光合作用的饱和点，即在C点对应的光照强度条件下，光合作用强度达到最大。所以C点又称为光饱和点。

应用：阴生植物的光补偿点和光饱和点较低。间作套种时农作物的种类搭配、林带树种的配置、合理采伐、冬季温室栽培避免高温等都与光补偿点有关。

(2)光照面积

关键点含义:

①A点光合作用面积的饱和点。即在A点对应的叶面积(光合作用面积)条件下,光合作用达到最大。在OA范围内光合作用量随叶面积的增大而增大。随着叶面积的进一步增大,光合作用量不再增大,原因在于很多叶片遮光不能进行光合作用。

②OB段干物质量随光合作用增加而增加，而由于A点以后光合作用量不再增加，而叶片随叶面积的不断增加OC段呼吸消耗量不断增加，所以干物质积累量不断降低（BC段）。植物的叶面积指数不能超过C点，若超过C点，植物将入不敷出，无法生存。

应用：适当间苗、修剪、合理施肥浇水避免徒长，造成不必要的浪费。

（3）CO2浓度、水分和矿质元素

关键点含义

CO2浓度和水分是光合作用的原料，矿质元素直接或间接影响光合作用。在一定范围内，CO2、水分和矿质元素越多，光合速率越快。但到达A点时，即CO2浓度、水分和矿质元素已达到饱和就不再增加了。

应用：合理灌溉、合理施肥，温室内加大CO2的浓度

几种典型矿质元素在光合作用中的作用

N：参与有关酶以及ATP和NADP+的合成

P：是ATP和NADP+的重要组成部分，在维持叶绿体膜的结构和功能上也有重要作用

K：与糖类的运输有关

Mg：参与叶绿素的合成

（4）温度

光合作用是在酶的催化下进行的，而温度直接影响酶的活性

关键点的含义

①AB段光合速率随温度的升高而逐渐加强。

②B点是最适温度。超过B点温度时酶的活性开始下降。

应用：冬季温室栽培适当升温。白天适当升高温度以提高光合作用；晚上适当降低温度以降低呼吸作用，从而保证有机物的积累。

（5）叶龄

曲线分析：①OA段为幼叶。随幼叶的不断生长，叶面积不断加大，叶内叶绿体不断增多，叶绿素含量不断增多，光合速率不断增加。

②AB段为壮叶，叶片的面积、叶绿体和叶绿素的含量都处于稳定状态，光合速率也基本稳定。

③BC段为老叶，随着叶龄的增加，叶绿素分解，光合速率随之下降。

应用：农作物、果树管理后期要适当摘除老叶、残叶，都是依据这个原理。同时摘除老叶、残叶又可以减少呼吸作用对有机物的消耗。

2.多因子的影响

关键点含义：

①P点：限制光合速率的因素应为横坐标所表示的因子，随着该因子的不断加强，光合速率不断提高。

②Q点：到达Q点时，横坐标所表示的因素就不再是影响光合速率的因子，要提高光合速率，可以采取适当措施提高图示的其它因子。

应用：温室栽培时，在一定光照强度下，白天适当提高温度，增加酶的活性提高光合速率，也可同时提高CO2浓度，进一步提高光合作用速率。在温度适宜时，可适当增加光照强度和CO2浓度以提高光合速率。总之，可根据具体情况， 通过增加光照强度、调节温度或增加CO2浓度来充分提高光合速率，以达到增产的目的。

【典型例题】

1.绿色植物光合作用的影响因素是多方面的，既有外界因素如光照强度、CO2的含量，温度等；又有内部因素有酶的活性、色素的数量、五碳化合物的含量等。请根据图A影响光合作用的因素分析：

(1)如果x代表光照强度，反映光照强度影响光合速率的曲线是       ，主要是影响_______ 阶段。

(2)在外部内部因素适宜时，影响光合速率的内部因素除酶外，还有                     ，它对光合速率的影响有如下体现：

①当光照强度影响光合速率达到最大值时，此时内部限制性因素最可能是_______ 。

②当CO2浓度影响光合速率达到最大值时，此时内部限制性因素最可能是_______ 。

(3)在不同季节或一天的不同时间，植物光合作用速率一般不同，图B是用来验证温度对光合速率影响的实验装置，请回答：

①本实验的原理是                                                      。

②在实验过程中可通过观察                     来判断光合作用的强度。

③请用直角坐标系图表示预期的实验结果。

参考答案:(1) a    光反应；

(2)色素的量、C5的量   ①色素的数量；②C5的量

(3)①温度通过影响酶的活性来影响光合作用强度；光合作用产生的氧气的量可以反映光合作用强度 ②单位时间内氧气的产生量  ③图略（绘出温度影响酶活性的钟形曲线图即可）

2.将某种植物的10g叶肉细胞中的叶绿体和线粒体分开，在离体条件下分别测定光合作用C02的吸收量和呼吸作用C02的释放量。图l表示分别在15℃~30℃的条件下．测得的叶绿体在不同光照条件下每小时C02的吸收量；图2表示在不同温度条件下测得的线粒体呼吸作用每小时C02 的释放量。请分析回答：

（1）在温度为15℃、光照为8000Ix的条件下，离体叶绿体的光合作用强度为      mg·h-1·（10g）-1。

（2）假定离体叶绿体和线粒体的活动与处于正常叶肉细胞中时一致，30℃时该植物叶片C02的交换率为零，这时的光照强度应为              lx。

（3）甲、乙两同学对于如何通过控制温度来提高塑料大棚内的作物产量有不同的见解，甲同学认为应该尽量提高温度，以提高光合作用强度，积累的有机物就多；乙同学则认为应该尽量降 低温度，这样呼吸消耗的有机物少。你同意他们的意见吗?请说出自己的见解及理由。

【解析】解决本题一定要注意：叶绿体和线粒体处于离体状态，不在同一个叶肉细胞内，所以叶绿体的CO2吸收量就是光合作用总的吸收量，直接读图即可得出。

【答案】⑴4     ⑵1500    ⑶不同意。因为在一定范围内随着温度的升高（或降低）光合作用和呼吸作用都 增强（或减弱）。白天应适当升高温度以利 于光合作用，晚上应适当降低温度以降低呼 吸作用。